豆科植物在生態恢復方面的應用研究進展

梁彥濤等

摘要 豆科植物適生范圍廣、抗逆性強，在此對其在生態恢復方面從礦區植被恢復、石質邊坡生態復綠、保持水土和土地持久生產力恢復等進行了概述，并對其應用前景做了展望。

關鍵詞 豆科植物；生態恢復；應用；研究進展

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）20-06637-02

Research Advances of Application of Legumes in Ecological Restoration

LIANG Yantao et al （Daqing Normal University， Daqing， Heilongjiang 163712）

Abstract Legumes is suitable for a wide range， strong resistance， the application in ecological restoration was reviewed from vegetation recovery in mining area， vegetation restoration from the rocky slope ecological rehabilitation， soil and water conservation and sustainable land productivity recovery， the prospects were forecasted.

Key words Legumes； Ecological restoration； Application； Research advance

豆科植物為雙子葉植物綱中僅次于菊科、蘭科的第三大科，具有喬木、灌木或草本，直立或攀援等形態，種類豐富且繁多復雜，對生活環境的適應能力很強，在山地、草原、森林甚至是荒漠均能發現有豆科植物的分布[1]。隨著全球環境的惡化，人們愈來愈關注生態環境問題，同時生態恢復的實踐和研究得到了迅速發展[2]。在多方面的生態恢復的指標中，物種多樣性的恢復和土壤肥力的恢復是最主要的[3]。依靠自然過程的生態恢復往往達不到要求，不能恢復到初始狀態的生態系統，因此必須依靠人為的幫助，采用植被恢復是目前應用較為廣泛的方法。豆科植物不僅因其對生長環境要求不是很嚴格，耐瘠薄、抗逆性強、適生范圍廣等優點，更重要的是豆科植物具有龐大的根系，能與根瘤菌共生固氮，改良土壤結構，提高土壤肥力，在生態體系中是提供有效氮的中心[4]，對植被的發育、重新建立種群和土壤的再形成等方面均有重要意義，在生態恢復方面具有很好的應用前景和研究價值。在一些礦區植被恢復、石質邊坡的生態復綠、保持水土和土地生產持久力等許多方面得到了廣泛的應用。筆者在此對豆科植物在這些方面應用的研究進展進行了概述，并對其應用前景做了展望。

1 豆科植物在礦區植被恢復中的應用

多數礦區因采礦、冶煉及其廢棄物的影響，地表植被破壞，土壤表土常常缺失、壓實、周期性侵蝕、溫度波動大，養分貧乏且受重金屬污染，生物多樣性減少及其功能衰退[5]。許多國家都很重視研究礦區耐瘠薄、耐鹽堿和重金屬等豆科植物的應用，也有些地區利用豆科植物進行礦業廢棄地等生態修復的研究試驗。目前發現羽扇豆屬和車軸草屬的一些植物對銅離子具有耐金屬性，經研究表明這些種屬的植物對一些金屬離子具有耐性[6]；張志權等對銀合歡屬的植株9種和其他非豆科植物16種經過半年左右的時間研究后發現，6個豆科植物生存生長良好， 而非豆科植物只有少許的2～3種存活[7]；Piha等同時指出耐堿性的豆科植物不僅由于可以與根瘤菌共生而克服廢棄地的不良環境帶來的破壞，而且因為它們根比較深的特點還可以有利于克服廢棄地上常遇到的干旱和粉塵障礙[8]。Thatoi等用6種豆科木本植物在鐵礦廢棄地上進行的比較試驗表明，銀合歡屬在尾礦地上可以很好地生長生活且能夠正常的開花結果，其銀合歡體內所吸收的有害重金屬物質如Pb2+的含量在70%～80%左右[9]。韋革宏等研究了微生物抗重金屬的機理及促植物生長和重金屬積累的特性，根瘤菌-豆科植物共生體系在土壤重金屬污染修復中的優越性，提出應用豆科植物-根瘤菌共生體系修復重金屬污染土壤的新思路[10]。寧曉萍等根據景洪森林公園旁采礦區實際環境情況，選擇出以豆科植物為群落的主要樹種銀合歡（Leucaena leucocephala Lam.）和降香黃檀（Dalbergia odorifera T. Chen）等進行植被群落搭配種植試驗，對植物群落的伴生樹種進行科學配置，開展對礦區植被群落恢復技術的研究，研究表明，以豆科喬木樹種為主要樹種的植物群落在礦區植被恢復中對環境的適應性非常強，同時具有較強的固氮能力，可以有效改良土壤肥力，在作為熱帶礦區植被群落恢復的主要樹種中具有一定的優勢[11]。楊玲等研究了鉛、鋅重金屬離子單一作用和復合作用脅迫對5種豆科植物種子萌發和幼苗生長的影響，結果表明重金屬對多數植物種子的發芽力具有低促高抑的作用，紫花苜蓿和三葉草在單一鉛、鋅作用下有較強的耐受Pb2+脅迫能力；5種豆科植物在鋅脅迫下無顯著差異，而在鉛脅迫下，當Pb2+含量增加至1 100 mg/L時，紫花苜蓿的表現優于其他4種植物[12]。吳雪等分別采用4種豆科植物對銅的耐性機理以及3種鄉土豆科植物對鉛鋅的響應進行了系統的研究[13-14]。因此，豆科植物的這些生活和生長優點在利用植物修復重金屬污染地的實踐中是非常有價值的。

2 豆科植物在石質邊坡生態復綠方面的應用

利用土工材料與植物的結合，在坡面構筑一個具有自生長能力的功能系統，在土工材料的輔助下，通過植物的根系固土，植物的葉莖和表皮蒸騰排水、防止河水沖刷和滲入土壤層，增加土體的抗寒抗凍強度，提高邊坡和河床的堅固穩定性和抗沖刷等的一些能力，達到護坡的目的。豆科植物根系發達，種植栽培應用廣泛，種類眾多，有些常見植物在生態恢復護坡工程中應用，如白車軸草，其側根和須根均比較發達，適應性廣、抗熱抗寒性強，可在酸性等不良環境的土壤中旺盛生長，也可在砂質等鹽堿地中生長。利用組織培養技術和品種改良抗逆性試驗等方面研究，白三葉在生態恢復方面的研究均有了顯著的成果[15]。梁愛學等在華北地區高速公路邊坡綠化中應用紫穗槐（Amorpha fruicosa L.），研究表明栽植成活后可改變小環境氣候，降噪防塵，大量葉片的阻擋能夠減緩下雨時雨的重力勢能從而減緩雨對邊坡的沖刷，減小地表徑流，減少對公路邊坡的損壞[16]。紫穗槐根系發達，擴展性強，對公路路基塌方和滑坡可起到一定的防護功能。趙越在西寧地區對紅花巖黃芪（Hedysarum mult ijugum Maxim）育苗技術進行了研究，發現其耐旱、耐鹽堿及抗寒能力較強，也有較高的觀賞價值[17]。趙麗兵等對紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和馬唐（Digitaria sanguinalis L.）根的生物力學性能及相關因素進行了相關的試驗研究，這方面研究對揭示植物根系提高土壤抗沖擊性和抗剪強度機理、更好地進行水土保持植物的選擇和優化組合具有重要意義[18]。正是因為這些植物對土壤等生活環境要求不是特別嚴格且不容易受到人們踐踏等影響，所以在生態恢復水土保持以及高速公路護坡工程中的應用廣泛。

3 豆科植物在保持水土方面的應用

草本或藤本類的豆科牧草一般用來保持水土、增強地力、提高農作物產值，大量利用的有紫云英（Astragalus sinicus L.）、三葉草（Trifolium repens L.）、小冠花（Coronilla varia L.）、柱花草（Stylosanthes guianensis Swartz）、沙打旺（Astragalus adsurgens Pallas.）等[19]。多數豆科抗逆性強，如抗旱、抗寒、抗高溫、固沙、耐貧瘠，植物生長迅速，較能適應惡化的土壤條件，迅速形成覆被，鋪蓋裸露地表，遮擋降雨。如三裂葉葛藤（Pueraria phaseoloides Benth.）作為覆蓋植物在一個季節里可使土壤減少流失1.34 t/hm2[20]；草木樨（Melilotus officinalis L.）坡地比一般農田減少徑流達47%，減少沖刷近60%；苜蓿（Medicago arborea L.）20°坡地較2°坡耕地可減少徑流88.4%，減少沖刷97.4%[1]。豆科植物不僅枝葉茂密，可有效阻緩徑流，攔截泥沙，且根系發達，能形成緊密的根網，既可疏松土壤，加大滲透，又可固持土壤，抵抗侵蝕。而且種植豆科植物可顯著改善土壤的物理性狀，增加土壤孔隙度，減少土壤容重。在山區坡地治理開發中，沿等高線種植速生和多年生的木本固氮植物籬，不僅可以有效防治水土流失，還可以有效改善土壤肥力和改良土壤，提高植物籬和農作物的產值及利用率[21]。

4 豆科植物在土地持久生產力恢復中的應用

豆科植物的根瘤固氮作用不僅可以對正在生長的豆科植物提供很好的氮肥能源，可以在一定程度上減少植物對有機化肥的需求，同時這些豆科植物也為下一代新生植物對營養物質的需求提供了充足的營養物質。McGuire等研究發現如果一片土壤長期種植小麥類這一種植物，就會導致土壤的肥力和土壤層的疏松，不利于其他植物的生長，但如果隔一年種植一次豆科植物，小麥的產量比以前連續種植小麥的產量有了明顯的提高，且土壤的肥力也提高了[21]。現在一些科學家已經陸續地證實種植豆科植物可以對干旱脅迫的貧瘠土壤具有很好的改良作用。曾小紅等研究表明在干旱貧瘠的生態環境中，種植大量的具有根瘤菌的相思樹苗很大程度上影響樹木體內游離脯氨酸和可溶性糖的含量[22]。張立賓等對豆科植物田菁（Sesbania cannabina Poir.）的耐鹽能力進行了研究，結果表明在6 g/kg左右生長正常，耐鹽極限為10 g/kg左右；種植田菁能有效降低土壤含鹽量，增加土壤有機質含量，提高土壤全氮、速效磷和速效鉀含量[23]。這就很好地證明在不良的環境條件下豆科植物開啟自己的對不良環境的對抗系統，這樣可以使豆科植物在不良的環境中很好地生長，改善和恢復土壤的生產力。

5 前景與展望

雖然豆科植物對環境適應性和根瘤固氮性能已被人們所熟知，但作為一種固氮資源在生態恢復方面的應用還未得到應有的重視，利用豆科植物進行生態恢復的理論和技術體系尚未形成。隨著實踐的深入，現行理論必將得到完善和發展，生態恢復理論的進一步集成、整合、深化以及新理論的引入和提出是利用豆科植物進行生態恢復研究的一個發展趨勢。隨著環境問題與社會經濟發展的全球化，利用鄉土豆科植物對受損或退化天然生態系統的恢復將有廣泛的應用前景。

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